KR100896637B1

KR100896637B1 - 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100896637B1
Application number: KR1020070098111A
Authority: KR
Inventors: 김종문
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-05-08
Also published as: KR20090032677A

Abstract

배기 온도의 변화에 따라 내부 저항치가 가변되는 산소 센서 내의 히터 고장 진단 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치 및 방법이 개시되어 있다. 이러한 본 발명은, 배기 가스에 포함된 산소량에 따라 가변된 전기적 신호를 엔진 제어 유닛으로 공급하는 산소 센서를 포함하되, 상기 엔진 제어 유닛은 배기 온도의 모델링값을 연산하고 연산된 배기 온도의 모델링값 대비 임계 내부 저항치에 상기 산소 센서의 내부 저항치가 도달한 경우 산소 센서 내의 히터 고장 에러 카운터를 증가하며 상기 에러 카운터의 카운팅값이 미리 정해진 소정치를 넘을 때 산소 센서 내의 히터 고장으로 판정하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

자동차, 배기, 산소 센서, 엔진 제어 유닛, 히터

Description

자동차의 산소 센서 고장 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING OXYGEN SENSOR OF CAR}

본 발명은 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기 온도에 따라 산소 센서의 내부에 설치되는 히터의 고장을 산소 센서의 고장으로 오판되는 것을 방지할 수 있도록 한 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적인 엔진 구동 장치는, 엔진에 시동을 걸면 연료 펌프가 탱크 내의 연료를 연료 호스를 통해 인젝터 까지 보내고 엔진 제어 장치가 이 인젝터를 구동하여 연료를 분사한다.

그리고, 운전자에 의해 가속 패달이 작동되면, 이에 연동하여 트로틀 밸브가 개폐되어 에어 크리너로부터 상기 서지 탱크에 흡입되는 공기량이 조절된다, 흡기 밸브 개폐시 상기 서지 탱크에 흡입된 공기는 흡기관을 경유하여 인젝터로부터 분사되는 연료와 함께 상기 연료실로 유입되는데, 이때 분사되는 연료량은 흡입된 공기량에 비례하여 조절되며 가속 페달의 작동 상태에 따라서 분사되는 연료의 양이 조절된다.

이렇게 흡기 행정이 종료되면 점화 플러그의 착화로 팽창 행정이 이루어져 피스톤이 하강하면서 엔진의 추진력이 발생된다. 이어 배기 행정이 이루어진다. 상기 배기 행정은 배기 밸브가 열리면서 혼합기가 연소될 때 발생된 배기 가스를 배기 매니홀드를 통해 배출된다. 이때 대기 중에 배출되는 배기 가스는 환경 오염의 주범이 되므로, 배기 가스중의 유해 물질의 양은 법률로 정하여 규제하고 있다. 즉, 상기 배기 매기 홀드에 소정 위치에 설치되는 산소 센서는 배기 가스중의 산소 농도에 따라 출력 전압의 크기가 달라지고 엔진 제어 유닛은 이러한 산소 센서의 출력 전압을 입력 받아 배기가스내 유해가스가 가장 적게 나오는 이론 공연비에 가깝게 연료와 공기의 비율을 조정하게 된다..

또한, 배기 가스 내의 산소량에 반응하는 산소 센서는 센서 온도에 따라 센서 내부의 저항치가 가변되는데, 온도가 낮을수록 저항치가 증가하기 때문에 센서의 출력전압의 크기가 줄어들게 되며 출력 전압의 크기가 줄어들게 되면 엔진 제어 유닛은 배기가스중의 산소량 변화를 제대로 판별 할수 없게 된다. 따라서 배기 가스 온도가 낮은 영역에서도 일정한 산소 센서의 온도를 유지하기 위해 산소 센서 내부에 히터가 설치 되어 배기 가스 온도에 따라 히터 파워를 제어 함으로써 센서 온도를 일정하게 유지 할 수 있다. 이때 히터의 성능 저하로 인해 센서를 일정한 온도로 유지 시키지 못하는 경우 엔진 제어 유닛은 산소 센서의 내부 저항 크기 변화를 근거로 산소 센서의 고장 진단을 실행하였다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배기 온도의 모델링값에 따른 임계 내부 저항치를 설정하고 산소 센서의 내부 저항치가 설정된 임계 내부 저항치를 넘는 경우 산소 센서 내의 히터 고장으로 판정함으로써, 산소 센서의 히터 고장을 정확하게 판정하여 산소 센서의 고장 진단 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치 및 방법 를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기술적 과제는,

배기 가스에 포함된 산소량에 따라 가변된 내부 저항치를 감지하여 전기적 신호로 변환하여 엔진 제어 유닛으로 공급하는 산소 센서를 포함하되,

상기 엔진 제어 유닛은

배기 온도의 모델링값을 연산하고 연산된 배기 온도의 모델링값 대비 임계 내부 저항치에 상기 산소 센서의 내부 저항치가 도달한 경우 산소 센서 내의 히터 고장 에러 카운터를 증가하며 상기 에러 카운터의 카운팅값이 미리 정해진 소정치 이상일 때 산소 센서 내의 히터 고장으로 판정하도록 구비되는 것을 특징으로 하고,

그에 더하여 엔진 제어 유닛은,

흡입 공기량 별로 필터링 상수를 설정하는 필터링 상수 설정부;

이전 배기 온도 모델값을 저장하는 이전 배기 온도 모델값 저장부;

이론 배기 온도 모델값을 연산하여 저장하는 이론 배기 온도 모델값 연산부;

이론 배기 온도 모델값을 연산하는 배기온도 모델값 연산부로부터 공급되는 흡입 공기량 별 필터링 상수값, 이전 배기 온도 모델값, 및 이론 배기 온도 모델값을 근거로 배기 온도 모델값을 산출하는 배기 온도 모델값 연산부;

상기 배기 온도 모델값 연산부를 통해 산출된 배기 온도 모델값을 근거하여 임계 내부 저항치를 설정하는 임계 내부 저항치 설정부;

상기 산소 센서로부터 공급되는 내부 저항치와 상기 임계 내부 저항치 설정 모듈(39)의 임계 내부 저항치를 비교하는 비교부; 및

상기 비교부의 비교 결과에 따라 산소 센서 내의 히터 에러 카운터를 증가하고 증가된 히터 에러 카운터의 카운팅값이 미리 정해진 소정치를 넘는 경우 산소 센서 내의 히터 고장 판정 결과를 표시부로 전송하는 히터 에러 카운터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 배기 온도 모델값은 이전 배기 온도 모델값, 흡입 공기량 별 필터링 상수값, 및 이론 배기 온도 모델값을 기초로 설정되며 다음 식 1을 만족한다.

배기 온도의 모델값= 이전 배기 온도의 모델값*(1-흡입 공기량 별로 설정된 필터링 상수)+ (흡입 공기량 별로 설정된 필터 상수*이론 배기 온도 모델값) .. 식 1

여기서, 흡입 공기량 별 설정된 필터링 상수는 흡입 공기량에 대한 학습값으로 룩업 테이블 형태로 저장되어 있다.

또한, 임계 내부 저항치는 배기 온도의 모델값에 대한 학습값으로 룩업 테이블 형태로 저장되어 있다.

바람직하게 본 발명의 다른 관점에 따른 기술적 과제는,

a) 산소 센서의 내부 저항값을 측정하는 단계;

b) 이론 배기 온도 모델값과, 흡입 공기량 별 설정된 필터 상수, 및 이전 배기 온도의 모델값을 기초로 배기 온도의 모델값을 연산하는 단계;

c) 상기 배기 온도 모델값을 근거하여 산소 센서의 임계 내부 저항치를 산출하고 상기 a) 단계를 통해 수신된 산소 센서의 내부 저항치가 상기 임계 내부 저항치에 도달하는 경우 산소 센서 내의 히터 고장 에러 카운터를 증가하는 단계; 및

d) 상기 히터 에러 카운터의 카운팅값이 미리 정해진 소정치 이상인 지를 판단하고 판단 결과 카운팅값이 소정치 이상인 경우 산소 센서 내의 히터 고장으로 판정하여 히터 고장 판정 결과를 표시하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 b) 단계는,

b-1) 흡입 공기량 별로 필터링 상수를 설정하는 단계;

b-2) 이전 배기 온도 모델값을 저장하는 단계;

b-3) 이론 배기 온도 모델값을 연산하여 저장하는 단계; 및

b-4) 이론 배기 온도 모델값을 연산하는 배기온도 모델값 연산부로부터 공급되는 흡입 공기량 별 필터링 상수값, 이전 배기 온도 모델값, 및 이론 배기 온도 모델값을 근거로 배기 온도 모델값을 산출하는 단계를 포함하고,

여기서, 상기 b) 단계의 배기 온도 모델값은 이전 배기 온도 모델값, 흡입 공기량 별 필터링 상수값, 및 이론 배기 온도 모델값을 기초로 설정되며 다음 식 1을 만족한다.

또한, 여기서, 흡입 공기량 별 설정된 필터링 상수는 흡입 공기량에 대한 학습값으로 룩업 테이블 형태로 저장되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 배기 온도의 모델링값에 따른 임계 내부 저항치를 설정하고 산소 센서의 내부 저항치가 설정된 임계 내부 저항치를 넘는 경우 산소 센서 내의 히터 고장으로 판정함으로써, 산소 센서의 히터 고장을 정확하게 판정하여 산소 센서의 고장 진단 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치의 구성을 보인 블록도이고, 도 2는 도 1의 엔진 제어 유닛을 상세하게 보인 도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시에 따른 산소 센서 고장 진단 장치는, 배기 가스의 산소량을 감지하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 산소 센서(10)와, 상기 산소 센서(10)의 내부 저항값 및 배기 온도의 모델값을 근거하여 산소 센서(10) 내의 히터 고장을 판정하는 엔진 제어 유닛(30)을 포함한다.

여기서, 상기 엔진 제어 유닛(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 흡입 공기량 별로 필터링 상수를 설정하는 필터링 상수 설정부(31), 이전 배기 온도 모델값을 저장하는 이전 배기 온도 모델값 저장부(33), 이론 배기 온도 모델값을 연산하는 배기온도 모델값 연산부(35)로부터 공급되는 흡입 공기량 별 필터링 상수값, 이전 배기 온도 모델값, 및 이론 배기 온도 모델값을 근거로 배기 온도 모델값을 산출하는 배기 온도 모델값 산출 모듈(37)과, 산출된 배기 온도 모델값을 근거하여 임계 내부 저항치를 설정하는 임계 내부 저항치 설정부 (39)와, 산소 센서(10)로부터 공급되는 내부 저항치와 상기 임계 내부 저항치 설정 모듈(39)의 임계 내부 저항치를 비교하는 비교부(41)와, 상기 비교부(41)의 비교 결과에 따라 산소 센서(10) 내의 히터 에러 카운터를 증가하고 증가된 히터 에러 카운터의 카운팅값이 미리 정해진 소정치를 넘는 경우 산소 센서(10) 내의 히터 고장 판정 결과를 표시부로 전송하는 히터 에러 카운터(43)를 포함한다. 여기서, 상기 이론 배기 온도 모델값 연산부(35) 및 이전 배기 온도 모델값 저장부(33)는 이미 공지된 기술이므로 그에 따른 상세한 설명은 생략한다.

여기서, 배기 온도 모델값은 다음 식 1을 통해 산출된다.

배기 온도의 모델값= 이전 배기 온도의 모델값*(1-흡입 공기량 별로 설정된 필터링 상수)+ (흡입 공기량 별로 설정된 필터링 상수*이론 배기 온도 모델값).. 식 1

이때 흡입 공기량 별로 설정된 필터링 상수는 흡입 공기량 별 학습값으로 룩업 테이블 형태로 저장되어 있으며, 다음 표에 도시된 바와 같다. 즉, 배기 온도가 산소센서(10)에 도달되어 상기 산소 센서(10)의 온도 변화 및 내부 저항치를 가변하는 걸리는 시간을 기초하여 학습 실행하고 그에 대한 흡입 공기량 별 설정된 필터링 상수의 학습값이 하기의 룩 업 테이블 형태로 저장된다.

흡입 공기량(kg/h)	10	15	20	30	50	70	90	120
필터링 상수	0.004	0.004	0.008	0.008	0.008	0.008	0.020	0.031

또한, 임계 내부 저항치는 역시 배기 온도의 모델값에 대한 학습값으로 룩업 테이블 형태로 저장되어 있으며, 다음 표에 도시된 바와 같다.

배기 온도 모델값	300	400	500	600	700
임계 내부 저항치	7000	7000	3000	1000	500

따라서, 본 발명에서는 이전 배기 온도 모델값, 흡입 공기량 별로 설정된 필터링 상수, 및 이론 배기 온도 모델값을 근거하여 배기 온도 모델값을 산출하고, 산출된 배기 온도 모델값 대비 임계 내부 저항치를 설정하며, 산소 센서(10)의 내부 저항치가 상기의 임계 내부 저항치에 넘는 경우 산소 센서(10) 내 히터 고장으로 판정한다.

이를 보다 구체적으로 설명하기 위해 첨부되는 도면을 참조한다. 도 3은 도 1에 도시된 엔진 제어 유닛의 산소 센서 고장 진단 과정을 보인 플로우챠트이다. 여기서, 엔진 제어 유닛에는 흡입 공기량 별 필터링 상수값과 배기 온도 모델링값이 대한 임계 내부 저항치가 룩업 테이블 형태로 미리 저장되어 있다.

먼저, 단계(101)에서 산소 센서(10)의 내부 저항치를 수신한다. 이어 단계(103)를 통해 이전 배기 온도 모델값, 흡기 공기량 별 필터링 상수, 및 이론 배기 온도 모델값을 근거로 배기 온도 모델값이 연산된 후 단계105)로 진행한다.

단계(105)는 상기 단계(103)를 통해 연산된 배기 온도 모델값 별로 임계 내부 저항치를 설정하고, 이어 단계(107)에서 상기 단계(101)에서 수신된 산소 센서의 내부 저항치와 단계(105)에서 설정된 임계 내부 저항치를 비교한다.

상기 단계(107)의 비교 결과 산소 센서(10)의 내부 저항치가 상기 임계 내부 저항치를 넘는 경우 단계(109)로 진행하고, 상기 단계(109)에서는 히터 에러 카운터를 증가한다.

이때 단계(111)를 통해 상기 단계(109)에서 증가된 히터 에러 카운터의 카운팅값과 미리 정해진 소정치를 비교하고, 비교 결과 히터 에러 카운터의 카운팅값이 상기 소정치를 넘는 경우 단계(113)를 통해 산소 센서(10) 내의 히터를 고장으로 판정하고, 이어 단계(115)로 진행하며, 상기 단계(115)는 판정 결과를 표시부를 통해 표시한다.

이와 같이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위 의해 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치의 구성을 보인 도이다.

도 2는 도 1에 도시된 엔진 제어 유닛의 구성을 상세하게 보인 도이다.

도 3은 본 발명에 따른 자동차의 산소 센서 고장 진단 과정을 보인 플로우챠트이다.

Claims

배기 가스에 포함된 산소량에 따라 가변된 내부 저항치를 감지하여 전기적 신호로 변환하여 엔진 제어 유닛으로 공급하는 산소 센서를 포함하되,

상기 엔진 제어 유닛은

배기 온도의 모델링값을 연산하고 연산된 배기 온도의 모델링값 대비 임계 내부 저항치에 상기 산소 센서의 내부 저항치가 도달한 경우 산소 센서 내의 히터 고장 에러 카운터를 증가하며 상기 에러 카운터의 카운팅값이 미리 정해진 소정치 이상일 때 산소 센서 내의 히터 고장으로 판정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치.
제1항에 있어서, 상기 엔진 제어 유닛은,

흡입 공기량 별로 필터링 상수를 설정하는 필터링 상수 설정부;

이전 배기 온도 모델값을 저장하는 이전 배기 온도 모델값 저장부;

이론 배기 온도 모델값을 연산하여 저장하는 이론 배기 온도 모델값 연산부;

이론 배기 온도 모델값을 연산하는 배기온도 모델값 연산부로부터 공급되는 흡입 공기량 별 필터링 상수값, 이전 배기 온도 모델값, 및 이론 배기 온도 모델값을 근거로 배기 온도 모델값을 산출하는 배기 온도 모델값 연산부;

상기 배기 온도 모델값 연산부를 통해 산출된 배기 온도 모델값을 근거하여 임계 내부 저항치를 설정하는 임계 내부 저항치 설정부;

상기 산소 센서로부터 공급되는 내부 저항치와 상기 임계 내부 저항치 설정 모듈(39)의 임계 내부 저항치를 비교하는 비교부; 및

상기 비교부의 비교 결과에 따라 산소 센서 내의 히터 에러 카운터를 증가하고 증가된 히터 에러 카운터의 카운팅값이 미리 정해진 소정치를 넘는 경우 산소 센서 내의 히터 고장 판정 결과를 표시부로 전송하는 히터 에러 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치.
제1항 또는 제2항 중 한 항에 있어서, 상기 배기 온도 모델값은 이전 배기 온도 모델값, 흡입 공기량 별 필터링 상수값, 및 이론 배기 온도 모델값을 기초로 설정되며 다음 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치.

배기 온도의 모델값= 이전 배기 온도의 모델값*(1-흡입 공기량 별로 설정된 필터링 상수)+ (흡입 공기량 별로 설정된 필터 상수*이론 배기 온도 모델값)
제3항에 있어서, 흡입 공기량 별 설정된 필터링 상수는 흡입 공기량와 비례 를 기반으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치.
제4항에 있어서, 상기 임계 내부 저항치는, 상기 배기 온도 모델값과 반비례 를 기반으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소 센서 고장 진단 장치.
a) 산소 센서의 내부 저항값을 측정하는 단계;

b) 이론 배기 온도 모델값과, 흡입 공기량 별 설정된 필터 상수, 및 이전 배기 온도의 모델값을 기초로 배기 온도의 모델값을 연산하는 단계;

c) 상기 배기 온도 모델값을 근거하여 산소 센서의 임계 내부 저항치를 산출하고 상기 a) 단계를 통해 수신된 산소 센서의 내부 저항치가 상기 임계 내부 저항치에 도달하는 경우 산소 센서 내의 히터 고장 에러 카운터를 증가하는 단계; 및

d) 상기 히터 에러 카운터의 카운팅값이 미리 정해진 소정치 이상인 지를 판단하고 판단 결과 카운팅값이 소정치 이상인 경우 산소 센서 내의 히터 고장으로 판정하여 히터 고장 판정 결과를 표시하는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소 센서 고장 진단 방법.
제6항에 있어서, 상기 b) 단계는,

b-1) 흡입 공기량 별로 필터링 상수를 설정하는 단계;

b-2) 이전 배기 온도 모델값을 저장하는 단계;

b-3) 이론 배기 온도 모델값을 연산하여 저장하는 단계; 및

b-4) 이론 배기 온도 모델값을 연산하는 배기온도 모델값 연산부로부터 공급되는 흡입 공기량 별 필터링 상수값, 이전 배기 온도 모델값, 및 이론 배기 온도 모델값을 근거로 배기 온도 모델값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소 센서 고장 진단 방법.
제6항 또는 제7항 중 한 항에 있어서, 상기 b) 단계의 배기 온도 모델값은 이전 배기 온도 모델값, 흡입 공기량 별 필터링 상수값, 및 이론 배기 온도 모델값을 기초로 설정되며 다음 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소 센서 고장 진단 방법.

배기 온도의 모델값= 이전 배기 온도의 모델값*(1-흡입 공기량 별로 설정된 필터링 상수)+ (흡입 공기량 별로 설정된 필터 상수*이론 배기 온도 모델값)
제8항에 있어서, 흡입 공기량 별 설정된 필터링 상수는 흡입 공기량와 비례 를 기반으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소 센서 고장 진단 방법.
제9항에 있어서, 상기 임계 내부 저항치는, 상기 배기 온도 모델값과 반비례 를 기반으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차의 산소 센서 고장 진단 방법.